При изотермическом выращивании (около 110 °С) кристаллов методом отбора растворителя исследована зависимость содержания CuCl в кристаллах от концентрации CuCl в растворе. Были получены монокристаллы электролитов состава С18 и близких к Cu2RbC3 и СиД.

Значения потенциала индифферентного электрода в контакте с материалом кристаллов системы CuCl – RbCl не превышают 0,15…0,20 В. Это свидетельствует о значительном снижении концентрации Си в кристаллах электролитов по сравнению с промышленными электролитами и, следовательно, перспективности использования материала кристаллов в производстве преобразователей энергии на базе медьпроводящих электролитов.

Кристаллы электролитов системы CuCl-CuI-RbCl. Кристаллы выращены методом отбора растворителя из раствора аммиака в воде при 70° без доступа воздуха в присутствии СО как восстановителя ионов двухвалентной меди до одновалентной. Ионная проводимость кристаллов имеет порядок 102… 10 См/см.

В пятой главе

приведены результаты исследования механизма и кинетики электродных процессов на границе Ag/Agbls с учетом участия в электродном процессе электронных дефектов.

Об электронных дефектах в AgRbL. При недостатке или избытке йода возникают электронные дефекты, т.е. подвижные электроны или дырки соответственно. По литературным данным, в последнем случае дырки

локализуются на иодид-ионах. Такой ион I с локализованной на нем дыркой при некоторых допущениях можно представить как атомарный иод 1°.

Здесь наиболее важным является то, что 1° и имеющиеся в электролите иодид-ионы можно рассматривать как электрохимическую пару. Окислительно-восстановительный потенциал этой пары реализуется, по-видимому, на различных электродах в электролите Ag4R. Этот потенциал на индифферентном электроде иногда достигает величины р = 140…300 мВ относительно серебра.

Механизм и кинетика электродного процесса при потенциалах вблизи равновесного [1. 3,5]. В этих условиях ВАХ серебряного электрода несимметрична относительно равновесного потенциала и имеет достаточно ясно выраженный катодный предельный ток.

Поэтому проанализируем ситуацию на границе Ag/Ag4RbI5 по аналогии с границей Си/О – По литературным данным на поверхности серебра при комнатной температуре присутствует слой закиси серебра AO толщиной несколько ангстрем, а при температурах отжига выше 0…120 °С толщина слоя увеличивается. Малых перенапряжений недостаточно для разрушения этого слоя и образования центров растворения – осаждения серебра на электроде. Поэтому можно предположить, что вблизи равновесного потенциала серебряный электрод ведет себя как индифферентный, протекание реакции (40) в ионной подсистеме блокировано и имеет место только реакция (39) в электронной подсистеме.

Форма ВАХ при малых отклонениях от равновесного потенциала с наличием предельного тока характерна для процессов с диффузионным контролем. Известно, что катодный предельный ток обусловлен обеднением приэлектродной зоны реагентом, вступающим в электрохимическую реакцию. Таким реагентом, в соответствии с реакцией (39), является 1°. Отсюда следует, что, по всей видимости, при малых перенапряжениях лимитирующей стадией этой реакции на серебряном электроде является замедленная диффузия электронных дефектов в электролите.

Средние и высокие потенциалы [1.2.41. При небольших анодных потенциалах (более 5…7 мВ) оксидная пленка разрушается, реакция (40) деблокируется, и на потенциостатических кривых наблюдается повышение тока, характерное для процессов разрастания центров растворения.

Это позволяет предположить, что в указанном интервале перенапряжений скорость процесса анодного растворения серебра лимитируется прогрессирующим образованием и двухмерным разрастанием центров растворения.

Основными параметрами, определяющими процесс образования центров растворения, являются свободная граничная энергия ступеней растворения, критическая работа образования центров растворения и количество атомов в критическом центре растворения. Расчеты величин этих параметров по результатам этой работы для Ag/Ag; совпадают с известными величинами для поликристаллических серебряных электродов в водных растворах электролитов. Это дает основание предположить, что процесс образования центров растворения на серебряных электродах практически не зависит от природы электролита и определяется в основном физико-химическими свойствами серебра.

При перенапряжениях более 120 мВ на потенциостатических кривых ток не зависит от времени, что характерно для процессов, контролируемых замедленной реакцией переноса заряда. Из рис. 17–1 видно, что В процесса растворения серебра в Rb при высоких перенапряжениях описывается уравнением (30) с плотностью тока обмена 20±2 мА/см и а = 0,45±0,05.

Необходимо отметить, что при высоких анодных потенциалах на серебряном электроде, наряду с реакцией (40) в ионной подсистеме, протекает реакция (39) в электронной подсистеме, которая также приводит к увеличению нестехиометрии приэлектродного слоя электролита. Это подтверждается появлением на поверхности электрода резистивного слоя галогенидов серебра, что согласуется с экспериментальными данными Л.Д. Юшиной.

Следовательно, скоростьопределяющей стадией электродной реакции является перенос заряда. ВАХ амальгамированного электрода (17–2) соответствует уравнению для переноса заряда (30) при плотности тока обмена /0 – (68±5) мА/см2 и 0,45.

Следовательно, при этих перенапряжениях на границе Ag/Ag возникают именно кристаллизационные эффекты, т. к. на амальгамированном электроде такие эффекты не наблюдаются.

Выяснено, что местонахождение ВАХ амальгамы серебра с различной концентрацией зависит от концентрации Ag амальгамы.

Для жидкого металлического электрода при единичной валентности переноса электрона порядок электрохимической реакции равен стехиометрическому числу в уравнении электродной реакции.

В шестой главе приведены результаты компьютерного моделирования разряда распределенного серебряного электрода [1,17]. Обычно одним из электродов батареи с низкотемпературным твердым электролитом является расходуемый (при разряде) электрод из металла, по ионам которого осуществляется проводимость электролита. Для снижения электродной поляризации металлический электрод готовится прессованием порошков металла и твердого электролита. В таком электроде, частицы металла распределены в матрице твердого электролита и поэтому электрод называют распределенным.

Проведено компьютерное моделирование электрохимического растворения распределенного серебряного электрода в зависимости от размера частиц серебра, весового соотношения серебро – электролит, толщины электрода, проводимости электролита и величины разрядного тока.

Для упрощения распределенный электрод можно рассматривать как псевдогомогенную среду, которая обладает неким электрическим сопротивлением R, включающем в себя омическое сопротивление Rn и поляризационное сопротивление R4.

Сопротивление R есть некая сумма электронного сопротивления металла электрода Л «1, ионного сопротивления электролита в порах R».